Фамилия Сизой — это краткая форма притяжательного прилагательного, образованная от прозвища или мирского имени Сизый. В русской ономастике такие фамилии на -ой (Сизой, Глухой, Толстой) — явление редкое и архаичное. Они встречаются в основном на юге России, в частности на Дону и Кубани, где в говорах закрепилась усечённая форма родительного падежа. В отличие от стандартных русских фамилий на -ов (Сизов), форма Сизой напрямую отвечает на вопрос «чей?» — то есть «сын Сизого».

Основа фамилии — прилагательное «сизый»: серовато-голубой, пепельный цвет. В древнерусском языке это слово обозначало не столько цвет, сколько тусклый, матовый оттенок. Прозвище Сизый могли дать человеку с сединой, с бледной кожей или с глазами неопределённого серого цвета. В некоторых говорах «сизый» значило «хмурый», «угрюмый» — и тогда прозвище отражало характер, а не внешность.

Словообразовательная модель здесь двойная. Первый слой — переход прилагательного в прозвище (языковой сдвиг, когда «сизый» стало именем). Второй — превращение прозвища в фамилию через стяжение: «Сизого» в разговорной речи на юге сократилось до «Сизой». Эту особенность фиксирует словарь русских фамилий Б. Унбегауна, где подобные формы отнесены к «южнорусским» и «казачьим».

Однокоренные фамилии — Сизов (самая частая), Сизяков, Сизых. Но Сизой стоит особняком: она не даёт суффикса -ов или -ин, а значит, не сохранила патронимического окончания. Это указывает на то, что фамилия могла закрепиться в документах не через перепись, а через устную традицию — например, в казачьих реестрах, где записывали прозвище в той форме, в какой его произносили.

Дворянских родов с фамилией Сизой не зафиксировано. Это фамилия крестьянская, мещанская или казачья. В метрических книгах XIX века носители встречаются в Воронежской, Курской и Области Войска Донского губерниях. Никакой мистики или «птичьего» происхождения (от названия сизого голубя) у фамилии нет — это бытовая характеристика человека, которую потом записали как родовое имя.